JP7110003B2 - Processing device, processing method, and program - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、処理装置、処理方法、およびプログラムに関する。 The embodiments of the present invention relate to processing apparatuses, processing methods, and programs.
気象レーダで観測される反射強度情報から地上降水強度を解析する装置が知られている。従来の技術では、精度よく地上降水強度を解析することができない場合があった。 A device is known that analyzes ground precipitation intensity from reflection intensity information observed by a weather radar. In some cases, conventional techniques cannot accurately analyze ground precipitation intensity.
本発明が解決しようとする課題は、より精度よく地上雨量に関する情報を導出することができる処理装置、処理方法、およびプログラムを提供することである。 A problem to be solved by the present invention is to provide a processing device, a processing method, and a program capable of deriving information on ground rainfall with higher accuracy.
実施形態の処理装置は、取得部と、選択部と、導出部とを持つ。取得部は、所定の領域が方位方向、距離方向および鉛直方向に分割された複数の分割領域ごとの大気の状態を示す観測情報と、前記分割領域ごとの観測情報の品質を示す品質情報とを取得する。選択部は、前記取得部により取得された情報に基づいて、前記方位方向および前記距離方向の位置が共通する分割領域群に含まれる分割領域の中から対象分割領域を選択する。導出部は、選択部により選択された対象分割領域の観測情報に基づいて前記分割領域群の雨量情報を導出する。
A processing device according to an embodiment has an acquisition unit, a selection unit, and a derivation unit. The acquisition unit acquires observation information indicating the state of the atmosphere for each of a plurality of divided areas obtained by dividing a predetermined area in the azimuth direction, the distance direction, and the vertical direction, and quality information indicating the quality of the observation information for each of the divided areas. get. The selection unit selects a target divided area from among divided areas included in a group of divided areas having common positions in the azimuth direction and the distance direction based on the information acquired by the acquisition unit. The derivation unit derives the rainfall information of the divided area group based on the observation information of the target divided area selected by the selection unit.
以下、実施形態の処理装置、処理方法、およびプログラムを、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a processing apparatus, a processing method, and a program according to embodiments will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、処理システム1の構成を示す図である。処理装置20を含む処理システム1は、レーダ装置10と、処理装置20と、表示情報生成装置50とを備える。レーダ装置10と、処理装置20とは、専用線などを介して通信する。処理装置20と、表示情報生成装置50とは、LAN(Local Area Network)等のネットワークNW1を介して通信する。また、表示情報生成装置50は、WAN(Wide Area Network)等のネットワークNW2を介して端末装置60と通信する。なお、処理装置20と、表示情報生成装置50とは一体に形成されていてもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a
レーダ装置10は、アンテナ12と、アンテナ側制御装置14とを含む。レーダ装置10は、例えば大気の状態を観測する気象レーダである。また、アンテナ12は、例えば、複数のアンテナ素子を備え、指向角を電子的に変更可能なフェーズドアレイアンテナである。なお、レーダ装置10は、パラボラ型のレーダ装置であってもよい。レーダ装置10は、仰角方向を電子的に走査しながら、アンテナ12を水平方向に回転駆動することで、大気の状態を三次元で観測する。アンテナ12は、アンテナ側制御装置14の制御に基づいて、電波を送受信する。
The
以下の説明では、レーダ装置10は、二重偏波フェーズドアレイレーダ装置であるものとして説明するが、これに代えて、二重偏波を用いていないレーダ装置であってもよいし、パラボラ型のレーダ装置であってもよい。二重偏波フェーズドアレイレーダ装置は、水平方向および垂直方向に振動する電波を送受信し、受信結果に基づいて、大気の状態を観測する。
In the following description, the
アンテナ側制御装置14は、レーダ側制御部16と、情報蓄積部18とを含む。レーダ側制御部16は、仰角ビーム幅の広いファンビームをアンテナ12に送信させる。レーダ側制御部16は、DBF(Digital Beam Forming)処理を行う。レーダ側制御部16は、送信したファンビームが降水粒子などの散乱体に当たり、戻ってきた反射電波を一度に受信して複数の仰角範囲の観測情報(偏波パラメータ)を同時に生成する。
The antenna-
情報蓄積部18は、レーダ側制御部16により取得された観測情報を蓄積し、蓄積した情報を処理装置20に送信する。
The information accumulation unit 18 accumulates observation information acquired by the radar-
ここで、二重偏波フェーズドアレイレーダ装置の特性について説明する。図2は、レーダ装置10が放射する電波の概念図である。例えば、レーダ装置10は、図2の左図に示すように水平偏波と、図2の右図に示すように垂直偏波とを大気に放射する。そして、レーダ装置10は、放射した2種類の電波が大気中の粒子に当たり、戻ってきた反射電波を取得する。レーダ装置10は、2種類の電波に対する反射電波を取得することにより、大気中の粒子の垂直方向に関する形状と水平方向に関する形状との情報を取得する。
Here, the characteristics of the dual polarization phased array radar system will be described. FIG. 2 is a conceptual diagram of radio waves emitted by the
例えば、大気中の雨滴は大きさによって形状が異なっている。また、あられや、雹、雪などは、それぞれ形状が異なる。例えば、大粒の雨滴は、扁平である場合がある。レーダ装置10は、水平偏波に対する反射電波から雨滴の水平方向に関する形状を示す情報を取得し、反射電波の強さ(エコー強度)だけでなく、垂直偏波に対する反射電波から雨滴の垂直方向に関する形状を示す情報を取得することができる。レーダ装置10は、例えば、上記の反射電波から反射因子差や偏波間相関係数、偏波間位相差変化率などの情報を取得することができる。反射因子差は、粒子の縦横比に関するパラメータである。偏波相関係数は、反射電波である、水平偏波と垂直偏波の受信電力(受信信号)の相関係数である。偏波間位相差変化率は、反射電波である、水平偏波の位相と垂直偏波の位相との位相差に関するパラメータである。
For example, raindrops in the atmosphere have different shapes depending on their size. Also, hail, hail, and snow have different shapes. For example, large raindrops may be flattened. The
また、二種類の電波が、扁平の形状等の粒子を通過すると、これらの電波の位相には差が生じる。レーダ装置10は、このような水平偏波と垂直偏波とのそれぞれについてレーダ装置10と粒子との間で往復する際の位相の差である偏波間位相差を取得することができる。偏波間位相差変化率は、この偏波間位相差の距離方向の変化量ないしは微分量である。
Also, when two kinds of radio waves pass through a particle having a flat shape or the like, a phase difference occurs between these radio waves. The
図3は、処理装置20および表示情報生成装置50の構成を示す図である。処理装置20は、例えば、取得部22と、処理部24と、選択部26と、導出部28と、補間部30と、情報送信部32と、記憶部40を備える。取得部22、処理部24、選択部26、導出部28、補間部30および情報送信部32は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現されてよい。また、これらの機能部は、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。また、上記のプログラムは、予め記憶装置に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROMなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体が処理装置20のドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。記憶部40は、例えば、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリ等の記憶装置により実現される。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the
取得部22は、レーダ装置10から観測情報を取得する。取得した観測情報は、記憶部40に記憶される。なお、処理装置20は、レーダ装置10と一体で形成されていてもよい。この場合、取得部22は、装置内の通信バス等を利用して、情報蓄積部18から観測情報を取得する。
The
処理部24は、取得部22により取得された観測情報に基づいて、降水粒子を判別する処理を行ったり、品質情報を取得したりする。なお、処理部24の処理結果と同等の情報は、取得部22により他装置から取得されてもよい。処理部24、および後述する機能部(選択部26、導出部28)の処理の詳細については後述する。
Based on the observation information acquired by the
選択部26は、取得部22により取得された情報に基づいて、水平方向の位置が共通する分割領域群に含まれる分割領域の中から対象分割領域を選択する。
Based on the information acquired by the
導出部28は、選択部26により選択された対象分割領域の観測情報に基づいて雨量情報を導出する。補間部30は、分割領域群において選択部26により対象分割領域が選択されなかった分割領域群にについて対象分割領域を補間する。情報送信部32は、処理装置20の処理結果を表示情報生成装置50に送信する。
The
表示情報生成装置50は、表示情報生成部52と、表示情報送信部54とを備える。表示情報生成部52は、情報送信部32から送信された処理結果に基づいて、処理結果を含む情報を端末装置60の表示部に表示させるための表示情報(画像情報)を生成する。表示情報送信部54は、表示情報生成部52により生成された表示情報を端末装置60に送信する。
The display
[地上降水強度を導出する処理]
図4は、処理装置20により実行される処理の流れを示すフローチャートである。まず、取得部22が、レーダ装置10の情報蓄積部18に蓄積された1周期分の観測情報Dを取得したか否かを判定する(ステップS100)。
[Processing for Deriving Ground Precipitation Intensity]
FIG. 4 is a flow chart showing the flow of processing executed by the
観測情報Dは、メッシュ(後述)および観測周期ごとにレーダ装置10により取得されたエコー強度を示す情報である。なお、観測情報Dは、エコー強度を示す情報に限らず、粒子の種別や粒子の形状、粒子の存在の有無等を判断することができる情報であればよい。
The observation information D is information indicating the echo intensity acquired by the
図5は、観測情報Dを説明するための図である。以下、必要に応じてXYZ座標を用いて説明する。観測情報Dは、レーダ装置10のアンテナ12が水平方向に駆動して、駆動の始点から終点における間に取得された情報である。始点から終点における間に取得された観測情報Dは、1周期で取得された観測情報である。メッシュMとは、レーダ装置10からの距離方向(Y方向)、方位方向(X方向)、および高度方向(Z方向)に対して、それぞれ所定幅で分割された分割領域である。図示する例では、レーダ装置10から十分に遠い位置の観測情報DであるためメッシュMは立方体で近似される。また、水平方向(距離方向および方位方向)が同じであり、高度方向(鉛直方向)のみが異なるメッシュMの集合を、「メッシュブロックMB」と称する。メッシュブロックMBは、「水平方向の位置が共通する分割領域群」の一例である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the observation information D. FIG. Hereinafter, description will be made using XYZ coordinates as necessary. Observation information D is information obtained by driving the
図4の説明に戻る。1周期分の観測情報Dを取得した場合(または所定の領域の観測情報Dを取得した場合)、処理部24が、降水粒子を判別する処理を行う(ステップS102)。この判別において、メッシュMに降水粒子(例えば、あられ、雹、氷晶、乾雪、湿雪、雨)が存在するか、非降水エコー(グランドクラッタ)が存在するかが判別され、判別結果は三次元のメッシュ毎に分類される。
Returning to the description of FIG. When the observation information D for one period is obtained (or when the observation information D for a predetermined area is obtained), the
処理部24は、公知の手法を用いて降水粒子を判別する処理を行う。処理部24は、予め設定されたメンバーシップ関数をファジー理論に適用して、降水粒子の判別を行う。メンバーシップ関数とは、集合Xの要素xがファジー理論を適用する集合Aに対してどの程度属しているかを示す度合を出力する関数である。集合Aは、ある集合Xの要素xが曖昧性を含んだ状態で集合Aに属することを表現した集合で、メンバーシップ関数によって特徴付けられた集合である。
The
例えば、メンバーシップ関数は、集合Aに属している度合が高いほど「1」に近い値を出力し、集合Aに属している度合が低いほど「0」に近い値を出力する関数である。例えば、処理部24は、降水粒子の判別において、地上の観測情報や高層の観測情報、もしくはモデル情報から得られる気温や湿度の情報を観測対象の観測メッシュに対して対応付ける。この地上の観測情報や高層の観測情報、もしくは気温や湿度の情報は、観測メッシュに対して一様に対応付けられてもよいし、観測メッシュごとに異なる値が対応付けられてもよい。そして、処理部24は、観測メッシュに対応付けられた情報、およびファジー理論を用いて、メッシュに含まれる降水粒子を判別する。なお、本フローチャートでは、判別結果の如何に問わず、次のステップへ進む。
For example, the membership function is a function that outputs a value closer to "1" when the degree of belonging to set A is higher, and outputs a value closer to "0" when the degree of belonging to set A is lower. For example, in determining precipitation particles, the
次に、処理部24は、メッシュMごとに各種品質情報を取得する(ステップS104)。品質情報は、例えば、QIA(Quality Index Algorithm)、SNR(Signal Noise Ratio)、CSR(Clutter Signal Ratio)などの指標である。QIAは、非特許文献1であるPark et al. (2009)に詳細な算出手法が示されており、観測される偏波パラメータのデータ品質を測る指標として用いることができる。QIAは、自身の観測データから偏波パラメータデータの品質を推定することができる指標であるため、1台のレーダ装置から取得した情報で処理が完結するシステムにおいて、QIAを用いることが有効である。このデータ品質には、レーダのキャリブレーションミス、電波減衰、NBF(Nonuniform Beam Filling)、ビームの部分遮蔽(Partial Beam Blockage)、散乱断面積中の偏波間相関係数のばらつき、受信ノイズの影響が考慮されている。対象となる偏波パラメータは、反射強度Z、反射因子差ZDR、偏波間相関係数ρhv、偏波間位相差変化率KDPである。また、入力されるパラメータ(観測データ)は、水平反射強度、レーダ反射因子差、偏波間位相差、偏波間相関係数であり、SNR(Signal Noise Ratio)は直接の入力とされてもよいし、他の入力パラメータから算出されてもよい。反射強度Zに対して算出されるQIAをQIAZ、反射因子差ZDRに対して算出されるQIAをQIAZDR、偏波間相関係数ρhvに対して算出されるQIAをQIAρhv、偏波間位相差変化率KDPに対して算出されるQIAをQIAKDPとする。これらの値が小さいほど、対象の偏波パラメータの品質が優れていないことを表す。
Next, the
「SNR」は、レーダ装置10が受信した受信電力からノイズレベルを減算することで得られる指標である。「SNR」の値が小さいほど、情報の品質が優れていない(受信電力に含まれるノイズのレベルが高い)ことを示す。
“SNR” is an index obtained by subtracting the noise level from the received power received by the
「CSR」は、クラッター(測定対象外の物体)に対応する反射電波の影響を処理する前後の受信電力の情報をもとに得られる。影響とは、実施形態の処理結果に対する影響である。「CSR」の値が大きいほど、情報の品質が優れていない(メッシュMに対するクラッターの影響が大きい)ことを示す。 The "CSR" is obtained based on received power information before and after processing the influence of reflected radio waves corresponding to clutter (objects not to be measured). An influence is an influence on the processing result of the embodiment. A higher value of "CSR" indicates a poorer quality of information (more impact of clutter on the mesh M).
次に、選択部26が、メッシュブロックMBのうちで、地上雨量情報として適用するメッシュ(地上メッシュ)を選択する(ステップS106)。選択部26は、ステップS102およびS104の処理で得られた降水粒子の判別結果と品質情報、および受信電力を入力として、地上降水強度の導出に用いる地上メッシュを選択する。この処理については、後述する(図6参照)。
Next, the
次に、導出部28が、ステップS106で選択された地上メッシュにおいて地上降水強度を算出するのに用いる算出手法の選択を行う(ステップS108)。次に、導出部28が、ステップS108で選択された地上降水強度の導出方法に従って、地上メッシュにおける地上降水強度を導出する(ステップS110)。ステップS108およびS110の処理については、後述する(図6、図8参照)。
Next, the deriving
次に、導出部28が、導出したメッシュ解析情報(ステップS110の処理結果)を出力する(ステップS112)。導出部28は、例えば、メッシュ解析情報を、情報送信部32に出力したり、記憶部40に記憶させたりする。
Next, the
次に、補間部30が、すべての地上メッシュで地上降水強度が算出されたか否かを判定する(ステップS114)。すべての地上メッシュで地上降水強度が算出されていない場合(地上メッシュとして選択されたメッシュが無いメッシュブロックMBが存在する場合)、欠測点が存在するため、補間部30が、欠測点について補間する処理を行う。例えば、補間部30は、欠測点について3次元内挿処理を行う(ステップS116)。
Next, the
例えば、欠測点のメッシュブロックMBの周囲に地上降水強度が算出されており、欠測点が孤立している場合は、補間部30は、連続的な分布を得ることができるために欠測点について地上降水強度を補間することができる。補間は、三次元的に欠測点のメッシュブロックMBの周囲のメッシュを検索し、(実質XYの2次元的な検索でも良い)、検索したメッシュに地上降水強度が算出されている地上メッシュが閾値以上存在する場合に補間が行われる。補間方法は、外挿手法、最近傍法、線形内挿法、クレスマン内挿法などの手法が用いられてもよい。
For example, if the ground precipitation intensity is calculated around the mesh block MB of the missing point and the missing point is isolated, the
すべての地上メッシュで地上降水強度が算出されている場合、本フローチャートの1ルーチンの処理が終了する。ただし、補間部30での処理を行っても欠測点が存在する場合は、すべての地上メッシュで地上降水強度が算出されたとして、処理を終了してよい。
If the ground precipitation intensity has been calculated for all ground meshes, the processing of one routine of this flowchart ends. However, if there are missing points even after the processing in the
[地上メッシュを選択する処理]
図6は、選択部26により実行される処理の流れを示すフローチャートである。メッシュブロックMBごとに行われる処理である。まず、選択部26が、検査対象のメッシュブロックMBの品質情報およびメッシュMに関する情報を取得する(ステップS200)。メッシュに関する情報は、メッシュMの位置に関する情報や、メッシュの観測情報Dである。本処理では、メッシュブロックMBの最下層のメッシュが選択され、このメッシュから順に処理が開始される。以下、処理対象のメッシュMを「対象メッシュ」と称する。
[Processing to select ground mesh]
FIG. 6 is a flow chart showing the flow of processing executed by the
次に、選択部26は、対象メッシュが許容高度以下であるか否かを判定する(ステップS202)。「地上降水」として許容する高度に対して、対象メッシュの高度が下層に位置しているかをチェックする。これを満たさない場合(対象メッシュが許容高度以下でない場合)は、地上メッシュに相当するメッシュMが無(欠測)と判定される。そして、次の処理対象のメッシュブロックMBが選択され、本フローチャートの処理が行われる。ステップS204以下の処理では、入力された各情報値(図3のステップS102およびS104で取得された情報など)を用いて処理を行う。
Next, the
対象メッシュが許容高度以下である場合、選択部26は、レーダ装置10が受信した反射電波のレーダ受信強度Prが閾値以上であるか否かを判定する(ステップS204)。
If the target mesh is below the allowable altitude, the
レーダ受信強度Prが閾値以上である場合、選択部26は、粒子判別の結果において粒子が降水粒子であると判定されたか否かを判定する(ステップS206)。
When the radar reception intensity Pr is equal to or greater than the threshold, the
粒子判別の結果において粒子が降水粒子であると判定された場合、選択部26は、「SNR」が閾値以上であるか否かを判定する(ステップS208)。
When the particles are determined to be precipitation particles as a result of the particle determination, the
「SNR」が閾値以上である場合、選択部26は、「CSR」が閾値以下であるか否かを判定する(ステップS210)。
If the "SNR" is greater than or equal to the threshold, the
「CSR」が閾値以下である場合、選択部26は、「QIA」が閾値以上であるか否かを判定する(ステップS212)。
When "CSR" is equal to or less than the threshold, the
「QIA」が閾値以上である場合、選択部26は、対象メッシュを地上メッシュとして選択する(ステップS214)。ステップS212における「QIA」は、反射強度Zに対して算出される「QIAZ」、反射因子差ZDRに対して算出される「QIAZDR」、偏波間相関係数ρhvに対して算出される「QIAρhv」、偏波間位相差変化率KDPに対して算出される「QIAKDP」のうち、一以上の「QIA」であればよい。複数の「QIA」が処理に用いられる場合、「QIA」ごとに閾値が設定され、その閾値と閾値に対応するQIAとが比較される。
When "QIA" is equal to or greater than the threshold, the
ステップS204~S212の処理において、否定的な判定が行われた場合、選択部26は、次の対象メッシュを選択して、上記の処理を繰り返す。これにより本フローチャートの1ルーチンの処理が終了する。
In the processing of steps S204 to S212, if a negative determination is made, the
なお、上述した処理の順序は適宜変更されてもよいが、ステップS202の処理が、ステップS204~S212の処理の処理に優先して行われることで、処理負荷が軽減されたり、処理の効率が向上したりする。なぜなら、レーダ受信強度Prが閾値以上でない情報は、そもそも情報として用いることがふさわしくない情報であるためである。 Although the order of the processes described above may be changed as appropriate, the process of step S202 is performed with priority over the processes of steps S204 to S212, thereby reducing the processing load and increasing the efficiency of the process. improve. This is because information in which the radar reception strength Pr is not equal to or greater than the threshold is information that is not suitable to be used as information in the first place.
図6に示した例では全ての条件について「AND」が成立する場合に検査合格(地上メッシュとして選択する)としているが、検査合格の条件はこの限りではない。途中で検査に不合格となった場合は、検査対象のメッシュ(対象メッシュ)の直上のメッシュMの検査を行う。これを繰り返すことで、鉛直方向の1つのメッシュブロックMBに対して、地上メッシュもしくは欠測が規定される。さらに、これを水平方向に展開することでレーダ装置10の観測領域内の二次元平面上に地上メッシュが規定される。
In the example shown in FIG. 6, the inspection is passed (selected as the ground mesh) when "AND" is established for all the conditions, but the conditions for passing the inspection are not limited to this. If the inspection fails during the inspection, the mesh M immediately above the mesh to be inspected (target mesh) is inspected. By repeating this, a ground mesh or missing measurement is defined for one mesh block MB in the vertical direction. Furthermore, by expanding this in the horizontal direction, a ground mesh is defined on a two-dimensional plane within the observation area of the
図7は、地上メッシュが選択される様子の一例を示す図である。例えば、図7のマイナスX方向のメッシュブロックMB1から処理が実行されたものとする。例えば、メッシュブロックMB1においては「〇」が付与されたメッシュが地上メッシュとして選択され、メッシュブロックMB2においては地上メッシュブロックが存在しない不測と判定され、・・・メッシュブロックMB10においては「〇」が付与されたメッシュが地上メッシュとして選択される。 FIG. 7 is a diagram showing an example of how ground meshes are selected. For example, it is assumed that the process is executed from the mesh block MB1 in the minus X direction in FIG. For example, in mesh block MB1, a mesh given with "o" is selected as a ground mesh, in mesh block MB2, it is determined that there is no ground mesh block, . . . "o" is selected in mesh block MB10. The given mesh is selected as the ground mesh.
[算出手法を決定する処理]
図8は、導出部28により実行される処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートの処理において決定された地上降水強度の算出手法の具体例については後述する。
[Processing for determining calculation method]
FIG. 8 is a flow chart showing the flow of processing executed by the
まず、導出部28が、地上メッシュが融解層の下端高度以下であるか否かを判定する(ステップS300)。ここでは、地上観測情報や高層観測情報、もしくはモデル情報から得られる気温や湿度の情報から導出された融解層の高度(上端、下端)が用いられる。処理装置20が融解層の高度を導出してもよいし、他の装置から取得してもよい。また、処理装置20が、レーダ装置10から取得した観測情報に基づいて、融解層の高度を導出してもよい。
First, the
地上メッシュが融解層の下端高度以下であると判定された場合、導出部28は、降水粒子の判別結果が雨であるか否かを判定する(ステップS302)。降水粒子の判別結果が雨である場合、導出部28は、反射強度Zおよび偏波間位相差変化率KDPが、それぞれに規定された閾値以上であるか否かを判定する(ステップS304)。なお、導出部28は、閾値以上であるか否かの判定に代えて、比較対象(反射強度Zおよび偏波間位相差変化率KDP)が、それぞれに規定された所定の範囲に含まれるか否か判定してもよい。
When it is determined that the ground mesh is equal to or lower than the lower end height of the melted layer, the
反射強度Zまたは偏波間位相差変化率KDPが閾値以上である場合、導出部28は、降雨域1の導出手法を採用することを決定する(ステップS306)。降雨域1は、比較的に降水量が多いと予測される領域である。
If the reflection intensity Z or the inter-polarization phase difference change rate KDP is equal to or greater than the threshold, the
反射強度Zまたは偏波間位相差変化率KDPが閾値以上でない場合、導出部28は、降雨域2の導出手法を採用することを決定する(ステップS308)。降雨域2は、比較的に降水量が少ないと予測される領域である。
If the reflection intensity Z or the inter-polarization phase difference change rate KDP is not equal to or greater than the threshold, the
このように、ステップS302~S308においてレーダ装置10から取得したリアルタイムの観測情報に基づいて導出された降水粒子の判別結果が雨であると判定された場合、導出部28は、降雨域の算出方法を選択する。さらに降雨域では、反射強度Zと偏波間位相差変化率KDPの閾値によって、降雨域1と降雨域2に分割される。
In this way, when it is determined that the determination result of the precipitation particles derived based on the real-time observation information acquired from the
ステップS300において融解層の下端高度より低高度であると判定された場合(融解層の下端高度以下であると判定された場合)は、地上降水は雨であることが期待されるが、ステップS302の処理で、降水粒子の判別結果が雨でない場合(つまり、固相の粒子が判別された場合)、導出部28は、降雪域の導出手法を採用することを決定し、ステップS312の処理に進む。
When it is determined in step S300 that the altitude is lower than the bottom altitude of the melting layer (when it is determined that it is less than the bottom altitude of the melting layer), ground precipitation is expected to be rain, but step S302 In the processing of step S312, if the determination result of the precipitation particles is not rain (that is, solid-phase particles are determined), the
ステップS300の処理で地上メッシュが融解層の下端高度以下でないと判定された場合、導出部28は、地上メッシュが融解層の上端高度以下であるか否かを判定する(ステップS310)。地上メッシュが融解層の上端高度以下である場合、導出部28は、融解層域の導出手法を採用することを決定する(ステップS314)。
When it is determined in the process of step S300 that the ground mesh is not below the lower end height of the molten layer, the
地上メッシュが融解層の上端高度以下でない場合、導出部28は、降雪域の導出手法を採用することを決定する(ステップS312)。これにより、本フローチャートの1ルーチンの処理が終了する。
If the ground mesh is not equal to or lower than the top altitude of the melting layer, the
[降水強度の算出手法の具体例]
(降雨域1)
降雨域1では、例えば以下の式(1)によって地上降水強度Rrが算出される。
「Z」は反射強度、「B」は第1のパラメータ、「β」は第2のパラメータである。
Z=B×Rrβ・・・(1)
[Specific example of precipitation intensity calculation method]
(rainfall area 1)
In the
'Z' is the reflection intensity, 'B' is the first parameter, and 'β' is the second parameter.
Z=B× Rrβ (1)
(降雨域2)
降雨域2では、例えば以下の式(2)によって地上降水強度Rが算出される。
「α」は第3のパラメータであり、「b」は第4のパラメータであり、「f」はレーダ装置10の電波の送信周波数である。「KDP」は偏波間位相差変化率である。
R=α×(KDP/f)b・・・(2)
(Rainfall area 2)
In the rain area 2, the ground precipitation intensity R is calculated, for example, by the following formula (2).
“α” is the third parameter, “b” is the fourth parameter, and “f” is the radio wave transmission frequency of the
R=α×(KDP/f) b (2)
(降雪域)
降雪域では、例えば以下の式(3)によって地上降水強度Rsが算出される。「Bs」は第5のパラメータであり、「βs」は第6のパラメータである。
Z=Bs×Rsβs・・・(3)
(snowfall area)
In a snowfall area, the ground precipitation intensity Rs is calculated by, for example, the following formula (3). "Bs" is the fifth parameter and "βs" is the sixth parameter.
Z=B s ×Rs βs (3)
(融解層域)
融解層域では、融解層の上端の直下および融解層の下端の直上(2次元平面状で見ると、下端の直前、上端の直後)の地上メッシュで算出された値を用いて地上降水強度が求められる。求め方は、例えば以下に示すような重み付け平均法を用いた式(4)でもよいし、線形的な内挿手法などを用いた手法であってもよい。ここで、「m」は算出対象の地上メッシュにおける融解層上端からの距離であり、「n」は算出対象の地上メッシュにおける融解層下端からの距離を示している。
Rm=(m/m+n)*Rr+(n/m+n)*Rs・・・(4)
(melting zone)
In the melted layer area, the ground precipitation intensity is calculated using the ground mesh values immediately below the upper edge of the melted layer and directly above the lower edge of the melted layer (immediately before the lower edge and immediately after the upper edge when viewed in a two-dimensional plane). Desired. The method of obtaining may be, for example, Equation (4) using a weighted average method as shown below, or a method using a linear interpolation method or the like. Here, "m" is the distance from the upper end of the melted layer in the ground mesh to be calculated, and "n" is the distance from the lower end of the melted layer in the ground mesh to be calculated.
Rm=(m/m+n) * Rr+(n/m+n) * Rs (4)
上述したように、処理装置20は、選択した地上メッシュに対して、その地上メッシュに適した地上降水強度の算出手法を用いて、地上降水強度を算出する。図9は、メッシュブロックMB(地上メッシュ)ごとに設定された地上降水強度の算出手法の概念図である。図9に示すように、地上降水強度の算出手法はメッシュブロックMBごとに設定される。そして、メッシュブロックMBごとに算出した地上降水強度に基づいて、端末装置60に提供する情報を生成する。
As described above, the
表示情報生成装置50の表示情報生成部52は、レーダ装置10の観測範囲内の地上降水強度の二次元分布に対して、エンドユーザに適した情報を生成する。「エンドユーザに適した情報」とは、例えば領域内での空間積算雨量、規定時間で積算した時間雨量、ある地点や領域に流入する流入雨量(川やマンホールにどれだけ流入するか)、土壌への影響を示す実効雨量などである。また、処理装置20は、情報量削減のため、この時点で後段へ流れる情報量を制限してもよい。
The display information generation unit 52 of the display
また、表示情報生成部52は、メッシュブロックMBごとに導出された地上降水強度を用いて、ユーザに提供する雨量情報を生成する。また、表示情報生成部52は、たとえば、局地的な領域の地上降水強度が、設定された閾値以上であるか否かを判定し、閾値以上であると判定した場合、閾値を超えたことを示すアラートを示す情報を生成する。このアラートを示す情報は、雨量情報の一例である。また、局地的な地上降水強度を示す情報そのものが、画像情報としてされてもよい。 Also, the display information generator 52 generates rainfall information to be provided to the user, using the ground precipitation intensity derived for each mesh block MB. In addition, the display information generation unit 52, for example, determines whether the ground precipitation intensity in a local area is equal to or greater than a set threshold, and if it is determined to be equal to or greater than the threshold, the threshold is exceeded. Generates information indicating an alert indicating Information indicating this alert is an example of rainfall information. Also, the information itself indicating the local ground precipitation intensity may be used as the image information.
また、表示情報生成部52は、数値気象予測モデルの出力結果や地上気象観測情報、リモートセンシング気象測器情報、土地利用情報、地形情報、河川流域情報、地質情報、路線情報、交通情報などを取得し、これらの情報と局地的な領域の地上降水強度を複合して、雨量情報を生成してもよい。例えば、表示情報生成部52は、交通機関に影響が生じることを示す情報や、地盤が弱い地域において危険が生じる可能性を示す情報、河川が増水することを示す情報等を生成する。 In addition, the display information generation unit 52 generates the output results of the numerical weather prediction model, surface weather observation information, remote sensing meteorological instrument information, land use information, terrain information, river basin information, geological information, route information, traffic information, and the like. This information may be combined with local area ground precipitation intensity to generate rainfall information. For example, the display information generation unit 52 generates information indicating that transportation facilities will be affected, information indicating the possibility of danger occurring in areas with weak ground, information indicating that rivers will rise, and the like.
図10は、端末装置60の表示部に表示される画像IMの一例を示す図である。例えば、図10に示すように、画像IMには、雨の強さを示す情報や、河川が増水する恐れがあることを警告することを示す情報が含まれる。ユーザは、画像IMを参照することにより、雨の分布や、雨によって生じる危険を認識することができる。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the image IM displayed on the display section of the
[まとめ]
本実施形態の処理装置20によれば、二重偏波フェーズドアレイ気象レーダから得られる高頻度で隙間無く観測された情報を用いることで、およそ30秒周期で、時空間的に連続した観測情報から地上降水強度の分布や時間変化を高頻度かつ高確度に解析し、ユーザに対して高頻度で雨量情報を提供することが可能となる。さらに、観測情報としての局地的な地上降水強度と、土地情報や路線情報、交通情報を組み合わせて雨量情報を生成することで、人的および経済的な大雪によるリスクを、高精度かつ迅速にユーザに的確な形で通知、提供することが出来るようになる。具体的には、一般向けのアプリケーションソフトやSNSなどを通して情報を提供することで、一般市民への注意喚起、避難喚起の一助となることが期待される。また、地方公共団体、道路管理者、鉄道運行管理者、バス運行管理者等の突発的な豪雨発生時の対応迅速化に対して有効に寄与することが期待される。
[summary]
According to the
[比較]
ここで、気象レーダによって観測された情報から、地上降水強度の2次元分布を求める場合、複数のレーダ装置によって観測された情報を用いて、それらを組み合わせることで最適な地上降水強度分布を求めている場合がある。しかしながら、地理的な理由(複数のレーダ装置を設置することができない地理的な環境)、経済的な理由(複数のレーダ装置をネットワーク配置することが困難な状況)においては、地上降水強度を単一のレーダ装置で精度良く解析することが必要であるが、いまだこれを実現する方式が確立されているとは言いがたい。
[Comparison]
Here, when obtaining a two-dimensional distribution of ground precipitation intensity from information observed by weather radar, the information observed by multiple radar devices is used and combined to obtain the optimum ground precipitation intensity distribution. There may be However, for geographical reasons (geographical environment in which multiple radar devices cannot be installed) and economic reasons (difficult to deploy multiple radar devices in a network), the ground precipitation intensity is measured as a single unit. Accurate analysis by a single radar device is necessary, but it is difficult to say that a system for realizing this has been established yet.
例えば、パラボラ型の気象レーダ装置1台で地上降水強度分布を求める場合、空間的に疎に観測された仰角毎の情報と、標高情報や予め用意されたマップに基づいて、各々の領域に「地上降水強度」として適用する仰角情報を定義し、それを地上降水強度分布としていた。 For example, when obtaining the ground precipitation intensity distribution with a single parabolic weather radar device, each region is based on sparsely observed information for each elevation angle, altitude information, and a map prepared in advance. The elevation angle information applied as "ground precipitation intensity" was defined and used as the ground precipitation intensity distribution.
しかしながら、パラボラ型レーダ装置におけるこの手法では、空間的に疎な情報が入力されるため、地上から高度方向に離れた情報も地上降水強度として扱われることとなり、その精度に課題がある。 However, in this method for the parabolic radar system, since spatially sparse information is input, information distant in the altitude direction from the ground is also treated as the ground precipitation intensity, and there is a problem in accuracy.
また、標高情報やマップなどが静的に扱われる場合、本来もっとも地上に近いメッシュの情報で、かつ品質が良い情報が適用されない場合が発生してしまう。急激な気象現象を捉えるのには高時間分解能な情報が必要である。上記手法では3次元情報が必要であり、パラボラ型の気象レーダでは、一般的に5分~10分かけて3次元情報を取得するため、地上降水強度をリアルタイムに提供することは困難である場合がある。 Also, when altitude information and maps are handled statically, there are cases where mesh information closest to the ground and with good quality is not applied. High temporal resolution information is necessary to capture sudden weather phenomena. The above method requires 3D information, and parabolic weather radars generally take 5 to 10 minutes to acquire 3D information, so it is difficult to provide ground precipitation intensity in real time. There is
災害をもたらし、また経済的に損失を発生させる大雨は、短時間かつ局所的に発生することが多く、気象レーダで得られる2次元空間的に密な地上降水強度を如何に精度よく、かつ高頻度に解析できるかがが重要である。しかし、上記に述べた理由から、特に単一の気象レーダ情報を用いて、精度良くかつ高時間分解能で地上降水強度情報を提供することは困難であるという問題がある。 Heavy rains that cause disasters and cause economic losses often occur locally in a short period of time. It is important to be able to analyze frequently. However, for the reasons described above, there is a problem that it is difficult to provide ground precipitation intensity information with high accuracy and high time resolution, particularly using single weather radar information.
また、単偏波気象レーダ装置で得られる情報では、降雨減衰によって強雨域の背後の降雨強度分布が観測できない場合がある。更に、取得できる品質情報(粒子判別等も含む)が限られるため、これらの品質情報を用いた適用情報の最適化に困難があった。 In addition, with the information obtained by the single-polarization weather radar, it is sometimes impossible to observe the rainfall intensity distribution behind the heavy rainfall area due to rainfall attenuation. Furthermore, since the quality information (including particle discrimination etc.) that can be acquired is limited, it is difficult to optimize the application information using this quality information.
これに対して、本実施形態では、二重偏波気象レーダを用いて偏波パラメータを含む観測情報が取得可能であり、これを用いて有効な降雨減衰の補正、品質情報の算出が可能である。そして、二重偏波フェーズドアレイ気象レーダで得られる高頻度で隙間無く観測される偏波パラメータ観測情報と、得られた偏波パラメータ観測情報から得られる品質情報を有効に用いることで、単一の気象レーダでの地上降水強度解析手法が向上し、地上降水強度分布を基礎とした時空間的に連続で精度の高い雨量情報を提供することができる。これにより、災害リスクや経済活動の阻害リスクの判断精度の向上が期待できる。 On the other hand, in this embodiment, observation information including polarization parameters can be obtained using a dual-polarization weather radar, which can be used to effectively correct rainfall attenuation and calculate quality information. be. Then, by effectively using the polarization parameter observation information obtained by the dual-polarization phased array weather radar, which is observed without gaps at high frequency, and the quality information obtained from the obtained polarization parameter observation information, a single It is possible to provide spatio-temporally continuous and highly accurate rainfall information based on ground precipitation intensity distribution. This can be expected to improve the accuracy of judgments on disaster risks and risks that hinder economic activities.
以上説明した実施形態によれば、所定の領域が水平方向および鉛直方向に分割された複数の分割領域ごとの大気の状態を示す観測情報と、前記分割領域ごとの観測情報の品質を示す品質情報とを取得する取得部と、前記取得部により取得された情報に基づいて、前記水平方向の位置が共通する分割領域群に含まれる分割領域の中から対象分割領域を選択する選択部と、選択部により選択された対象分割領域の観測情報に基づいて雨量情報を導出する導出部とを持つことにより、より精度よく地上雨量に関する情報を導出することができる。 According to the embodiment described above, observation information indicating the state of the atmosphere for each of a plurality of divided areas obtained by dividing a predetermined area in the horizontal direction and the vertical direction, and quality information indicating the quality of the observation information for each of the divided areas. a selection unit that selects a target divided area from divided areas included in the group of divided areas having the same horizontal position based on the information obtained by the obtaining unit; By having the derivation unit that derives the rainfall information based on the observation information of the target divided area selected by the unit, the information on the ground rainfall can be derived with higher accuracy.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
1‥処理システム、10‥レーダ装置、20‥処理装置、22‥取得部、24‥処理部、26‥選択部、28‥導出部、30‥補間部、32‥情報送信部、40‥記憶部、50‥表示情報生成装置、52…表示情報生成部、54…表示情報送信部、60‥端末装置
1
Claims (11)
前記取得部により取得された情報に基づいて、前記方位方向および前記距離方向の位置が共通する分割領域群に含まれる分割領域の中から対象分割領域を選択する選択部と、
選択部により選択された対象分割領域の観測情報に基づいて前記分割領域群の雨量情報を導出する導出部と、
を備える処理装置。 Acquiring observation information indicating the state of the atmosphere for each of a plurality of divided areas obtained by dividing a predetermined area in the azimuth direction, the distance direction, and the vertical direction, and quality information indicating the quality of the observation information for each of the divided areas. an acquisition unit;
a selection unit that selects a target divided area from among divided areas included in a group of divided areas having common positions in the azimuth direction and the distance direction based on the information acquired by the acquisition unit;
a derivation unit that derives rainfall information of the divided area group based on the observation information of the target divided area selected by the selection unit;
A processing device comprising:
請求項1記載の処理装置。 The selection unit selects the target divided area based on a comparison between a numerical value indicated by the quality information and a threshold.
2. The processing apparatus of claim 1.
請求項1または2記載の処理装置。 The quality information includes an index indicating the quality of the reflection intensity, an index indicating the quality of the reflection factor difference, an index indicating the quality of the inter-polarization correlation coefficient, and an index indicating the quality of the inter-polarization phase difference change rate. , containing one or more indicators,
3. The processing apparatus according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の処理装置。 The quality information further includes an index based on the received power received by the radar device that acquired the observation information and noise included in the received power, and before and after processing for excluding signals indicating clutter from the observation information. an index derived based on the received power of and/or
4. A processing apparatus according to claim 3.
前記選択部は、更に、前記粒子判別の結果に基づいて前記対象分割領域を選択する、
請求項1から4のうちいずれか1項記載の処理装置。 The acquisition unit further acquires a result of particle discrimination for each of the divided regions derived based on the observation information,
The selection unit further selects the target divided area based on the result of the particle discrimination.
5. A processing apparatus as claimed in any one of claims 1 to 4.
前記選択部は、前記取得部により取得されたレーダ受信強度に基づいて前記対象分割領域を選択する、
請求項1から5のうちいずれか1項記載の処理装置。 The acquisition unit further acquires the radar reception strength of the radar device that acquired the observation information,
The selection unit selects the target divided area based on the radar reception intensity acquired by the acquisition unit.
6. A processing apparatus according to any one of claims 1-5.
請求項1から6のうちいずれか1項に記載の処理装置。 The derivation unit derives the rainfall information of the divided area group based on a comparison between the distribution of the melting layer and the position in the altitude direction of the target divided area selected by the selection unit.
7. A processing apparatus according to any one of claims 1-6.
請求項3に記載の処理装置。 The observation information is information obtained by a radar device that transmits and receives dual polarized waves,
4. A processing apparatus according to claim 3.
前記導出部は、前記選択された対象分割領域の観測情報に基づいて前記分割領域群の雨量情報を導出する、
請求項1から8のうちいずれか1項に記載の処理装置。 The selection unit selects the target divided area from each of the plurality of divided area groups included in the observation area of the observation target,
The derivation unit derives the rainfall information of the divided area group based on the observation information of the selected target divided area.
9. A processing apparatus according to any one of claims 1-8.
所定の領域が方位方向、距離方向、および鉛直方向に分割された複数の分割領域ごとの大気の状態を示す観測情報と、前記分割領域ごとの前記観測情報の品質を示す品質情報とを取得し、
前記取得した情報に基づいて、前記方位方向および前記距離方向の位置が共通する分割領域群に含まれる分割領域の中から対象分割領域を選択し、
前記選択された対象分割領域の観測情報に基づいて前記分割領域群の雨量情報を導出する、
処理方法。 the computer
Observation information indicating the state of the atmosphere for each of a plurality of divided areas obtained by dividing a predetermined area in the azimuth direction, the distance direction, and the vertical direction, and quality information indicating the quality of the observation information for each of the divided areas. ,
selecting a target divided area from among divided areas included in a group of divided areas having common positions in the azimuth direction and the distance direction based on the acquired information;
Deriving rainfall information of the divided area group based on the observation information of the selected target divided area;
Processing method.
所定の領域が方位方向、距離方向、および鉛直方向に分割された複数の分割領域ごとの大気の状態を示す観測情報と、前記分割領域ごとの前記観測情報の品質を示す品質情報とを取得させ、
前記取得した情報に基づいて、前記方位方向および前記距離方向の位置が共通する分割領域群に含まれる分割領域の中から対象分割領域を選択させ、
前記選択された対象分割領域の観測情報に基づいて前記分割領域群の雨量情報を導出させる、
プログラム。 to the computer,
Acquisition of observation information indicating the state of the atmosphere for each of a plurality of divided areas obtained by dividing a predetermined area in the azimuth direction, the distance direction, and the vertical direction, and quality information indicating the quality of the observation information for each of the divided areas. ,
selecting a target divided area from divided areas included in a group of divided areas having common positions in the azimuth direction and the distance direction based on the acquired information;
Deriving the rainfall information of the divided area group based on the observation information of the selected target divided area;
program.
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